ISO 527-4 | ISO 527-5 Essai de traction Composites renforcés de fibres
L’essai de traction selon ISO 527-4 et ISO 527-5 sert à déterminer les grandeurs élastiques caractéristiques du module de traction et du coefficient de Poisson ainsi que la résistance à la traction dans les principales directions sur les matières plastiques renforcées de fibres. L’ISO 527-4 détaille les conditions d’essais relatives aux plastiques, renforcés de fibres, isotropes et anisotropes. Ces matériaux sont des composites avec renforts non unidirectionnels, par exemple des nattes, des tissus ou des fibres coupées, ainsi que des stratifiés multidirectionnels composés de couches individuelles unidirectionnelles. L’ISO 527-5 détaille les conditions d’essais relatives aux plastiques, renforcés de fibres, (UD). Les deux normes se réfèrent à l’ISO 527-1 pour les principes généraux de détermination des propriétés de traction.
L’ASTM D3039, qui spécifie les conditions d'essai pour les plastiques renforcés de fibres isotropes et anisotropes ainsi que pour les plastiques composites à fibres unidirectionnelles est une autre norme fréquemment utilisée pour les essais de traction sur les plastiques renforcés de fibres longues ou continues.
Objectifs et grandeurs caractéristiques Vidéo Réalisation de l’essai & Moyen d’essai Conditions d’essai Échantillon & Dimensions Informations complémentaires Téléchargements
Objectif de l'essai et grandeurs caractéristiques d’après ISO 527-4 et ISO 527-5
Les essais de traction pour plastiques renforcés de fibres sont entre autres réalisés pour déterminer les propriétés de traction lors du développement et de la qualification des matériaux, pour déterminer les grandeurs caractéristiques nécessaires à la conception et au design de structures composites, ainsi que pour l'assurance qualité. Indépendamment du type de renfort utilisé, l’ISO 527-4 et l’ISO 527-5 déterminent les résultats caractéristiques et grandeurs suivantes:
- Contrainte de traction: La force se référant à la section initiale de l'éprouvette
- Allongement longitudinal: Variation de la longueur de référence relative à la longueur de référence initiale en direction de charge
- Allongement transverse: Variation de la longueur de référence relative à la longueur de référence initiale en direction transverse (uniquement nécessaire à la détermination du coefficient de Poisson)
- Module de traction: Pente de la courbe de contrainte-déformation dans un intervalle élastique défini dans le domaine élastique. Également appelé module d'élasticité ou module E en abrégé
- Résistance à la traction: Valeur maximale de la contrainte de traction déterminée en essai de traction
- Allongement à la rupture: Allongement longitudinal à approche de la résistance à la traction
- Coefficient de Poisson: ratio négatif de l'allongement transverse et de l'allongement longitudinal
La norme ISO 527-4ISO 527-4, ISO 527-5 à l’instar de l’ASTM D3039 définissent les conditions d’essai pour l’essai de traction des plastiques renforcés de fibres. Malgré la similitude des méthodes d'essai, les grandeurs caractéristiques obtenues ne sont pas totalement comparables, car les formes et dimensions des éprouvettes ainsi que la détermination des grandeurs caractéristiques varient partiellement (par exemple, intervalle d'allongement pour le module de traction).
Mâchoires et unité d'alignement pour des résultats d'essais fiables d’après ISO 527-4 et ISO 527-5
Pour la réalisation de l’essai de traction d’après ISO 527-4 et ISO 527-5, l’éprouvette de traction correspondante est contrainte dans une machine d’essai statique.. Une vérification régulière de l’alignement des mâchoires d’après ISO 23788 ou ASTM E1012 est recommandée. Pour les laboratoires d'essais accrédités Nadcap dans le domaine de l'aérospatiale, une preuve de cet alignement est obligatoire. Les mâchoires mécaniques coiffe sur coins ou mâchoires hydrauliques coiffe sur coins sont idéalement adaptées à cette exigence. Si aucune preuve de l’alignement n’est requise, des mâchoires à vis et coins, à alignement conditionnel, pourront également être utilisées.
Système d'essai modulaire Composites
En utilisant plusieurs machines d'essais adaptées aux nombreuses méthodes d’essais des composites, les grands laboratoires d'essais avec demandes d'essais élevées parviennent à minimiser les temps de transformation. Les différentes machines d'essais peuvent alors être adaptées à la plage de force de différents types d'essais. Lorsque la demande d'essais est trop peu importante ou irrégulière pour acquérir plusieurs machines d'essais, il peut être avantageux d'équiper une seule machine d'essais permettant de réaliser le plus grand nombre possible de méthodes d'essais à moindre impact en terme de travaux d'adaptation.
Pour ce faire, ZwickRoell a développé un concept modulaire, disponible en machine d’essai statique 100kN ou 250kN, couvrant 21 méthodes d’essais et 120 normes d’essais environ (ISO, EN, ASTM, ainsi qu’Airbus AITM et Boeing BSS) et permettant une caractérisation complète des matériaux composites fibreux à température ambiante ou lors d’essais à basse ou haute température de -80°C à +360°C
Fiabilité des essais selon ISO 527-4 et ISO 527-5 grâce au logiciel d'essai testXpert
testXpert garantit l’efficience de vos essais et vous permet d'obtenir des résultats, fiables, selon ISO 527-4 et ISO 527-5:
- Épargnez-vous l’étude des normes: Conformité à la norme garantie grâce aux Programmes d’essai Standard - toutes les grandeurs caractéristiques et les paramètres de l’ISO 527-4 et de l’ISO 527-5 y sont déjà enregistrés.
- Vous bénéficiez d’une efficience maximale grâce à la connexion d’appareils périphériques: L’envoi, direct, des dimensions de l’éprouvette par le micromètre au logiciel d'essai permet des gains de temps appréciables et exclut les erreurs de saisie.
- Vérifiez, également, et contrôlez la température dans l’enceinte via le logiciel. Définissez des rampes de température et visualisez clairement, même après coup, les valeurs ainsi respectées.
Machines d’essais de traction pour ISO 527-4 et ISO 527-5
Pour les essais de traction d’après ISO 527-4 et ISO 527-5 avec échantillons normalisés et pour de nombreuses autres méthodes d’essais normalisées des plastiques renforcés de fibres, une machine d’essai 100 kN suffit bien souvent. Sur la configuration de machine 100 kN présentée à droite, l'utilisation de mâchoires mécaniques coiffe sur coins permet de passer aisément d'un montage d'essai ou d'un dispositif d'essai à un autre. Grâce au démontage aisé des mâchoires, l'ensemble de l'espace de travail de la machine d'essai pourra également être utilisé pour des essais non standard. Les pieds de réglage en hauteur permettent d'adapter la hauteur de l'espace de travail aux besoins de l’utilisateur.
Lorsque les essais portent exclusivement sur des plastiques renforcés de fibres de verre (GFK), une machine d’essai avec une capacité maximale de 50 kN peut cependant être suffisante.
Extensomètre pour la mesure de la déformation d’après ISO 527-4 et ISO 527-5
Pour permettre une détermination correcte des caractérologies élastiques et de l’allongement à la rupture, une mesure directe de la déformation est requise. Une mesure de l’allongement longitudinal suffira à déterminer le module d'élasticité. Si vous souhaitez déterminer le coefficient de Poisson, un système de mesure de la déformation biaxial, permettant également de mesurer l’allongement transverse, sera toutefois nécessaire. La mesure de la déformation pourra également être réalisée au moyen de jauges de contrainte, de systèmes de mesure avec contact tels les extensomètres Clip-on (restriction: pas de mesure jusqu’à rupture de l’éprouvette) ou extensomètres automatiques à bras de palpeur (makroXtens, multiXtens) ou de systèmes de mesure optiques sans contact (videoXtens).
Conditions d’essais d’après ISO 527-4 et ISO 527-5
Vitesse d'essai
La vitesse d'essai constante à sélectionner dépend du type d'éprouvette et du motif de l’essai. Des vitesses plus élevées pourront ainsi être sélectionnées pour les essais de traction destinés au Contrôle Qualité, que pour ceux destinés à la caractérisation du matériau.
- Défaillance éprouvette valide
Les éprouvettes qui cassent à l'intérieur des mors de serrage ou à la transition des mors de serrage avec la zone non serrée de l'éprouvette ne sont pas valables et devront être remplacées par de nouveaux échantillons afin d'obtenir au moins 5 résultats d'essai valables.
Plage de température
Considérant la forte dépendance à la température des plastiques renforcés de fibres, des essais à basse et haute température seront réalisés en plus des essais de traction à température ambiante. Pour ce faire, la machine d'essai pourra être équipée d'une enceinte thermique adaptée à des limites d’utilisation en température allant de -80°C à 360°C.
Échantillons et dimensions d’après ISO 527-4 / ISO 527-5
- l = Longueur totale de l’échantillon
- L = Écartement entre les mors de serrage des mâchoires
- b = Largeur de l’échantillon
- h = Épaisseur du stratifié FKV
- L0 = longueur de référence recommandée pour les extensomètres (avec ou sans contact): ISO 527-4 Échantillon de type 4 L0 = 25 mm, pour tous les autres types d’échantillons ci-dessus L0 = 50 mm
| Norme | Type d’éprouvette | Représentation schématique (simplifiée, le schéma n’est pas à l’échelle) | Utilisation |
|---|---|---|---|
| ISO 527-4 | Type 1B Haltère |  |
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| Type 2 Rectangulaire sans talon |  |
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| Type 3 * Rectangulaire avec talon |  |
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| Type 4 ** Conique sans talon |  |
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| ISO 527-5 | Type A, Type B *** |  |
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- * Pour les échantillons de type 3 dans l’ISO 527-4 et les échantillons de type A et B dans l’ISO 527-5, des talons seront appliqués sur les deux côtés de l’éprouvette. L'objectif de ces éléments d'application des forces, généralement collés au stratifié à tester, est de réduire les concentrations de contraintes dans le serrage, afin d’éviter les ruptures de serrage (rupture au niveau ou dans les mors de serrage des mâchoires). Pour ce faire, les talons en stratifié PRV ±45° GFK ont fait leurs preuves. Des talons droits sont toujours utilisés, tandis que la norme ASTM D3039 autorise également les talons maillés. D'autres éléments d'application des forces, même non collés, seront autorisés (par exemple, la toile abrasive ou le papier de verre) dans la mesure où ces derniers permettent d'atteindre des résistances identiques et qu'aucune dispersion importante des valeurs caractéristiques n’est à craindre.
- ** Pour les échantillons de type 4, nouvellement inclus à partir de l'ISO 527-4:2023, destinés à l'essai de traction sans talon sur des thermoplastiques multidirectionnels renforcés de fibres continues, les résultats doivent être recalculés lorsque la rupture se produit en dehors de la longueur de référence droite de L0 = 25 mm au centre de l'échantillon. Le calcul de la résistance à la traction selon la zone de rupture pour l'échantillon de type 4, mentionné à l'annexe E de l'ISO 527-4, est déjà inclus dans la spécification d'essai testXpert pré-définie pour l'ISO 527-4:2023.
- *** Les échantillons de type A et B dans l’ISO 527-5 ont des épaisseurs de stratifiés et des largeurs d'éprouvette distinctes. Le type A, destiné à l’essai de traction en direction 0° d'un stratifié UD, a une largeur de 15 mm et une épaisseur de stratifié de 1 mm . Le type B, destiné à l’essai de traction en direction 90° d'un stratifié UD, a en revanche une largeur de 25 mm et une épaisseur de stratifié de 2 mm . Cela permet de garantir que les forces mesurées lors de l'essai de traction à 0° ne sont pas trop élevées et que les forces mesurées lors de l'essai de traction à 90° sont suffisamment importantes, ce qui permet de tester les deux types d'éprouvettes avec le même montage d'essai. Cette adaptation géométrique est toutefois requise car les stratifiés UD présentent des différences extrêmes en matière de résistance dans le sens des fibres et perpendiculairement aux fibres.
Informations détaillées sur l’ISO 527-4 & ISO 527-5
- Pour déterminer les propriétés de traction au niveau des couches individuelles, des composites multicouches - dans lesquels chaque couche individuelle est orientée de la même manière - sont fabriqués. C’est le cas notamment des stratifiés UD à 0° ou 90° prévus par la norme ISO 527-5. Pour les composites multicouches de tissus orientés de la même manière dans l’ISO 527-4, on parle également de caractéristiques mécaniques dans le sens de la chaîne et de la trame.
- Outre la réalisation d'essais de traction à des fins de développement de matériaux, de qualification de matériaux et d'assurance qualité, les valeurs caractéristiques déterminées au niveau des couches individuelles sont également utilisées dans la conception de structures composites pour des méthodes de calcul analytiques. La théorie classique des stratifiés permettra, ainsi, de calculer les propriétés élastiques d'un composite multicouche multidirectionnel à partir des valeurs caractéristiques de chaque couche individuelle. Les résistances au niveau des couches individuelles sont utilisées, entre autres, pour le calcul de critères de défaillance tels que la résistance max. Stress, Hashin, Puck ou LaRC.
- Considérant que les propriétés mécaniques d'un composite multicouche dépendent de l'orientation des différentes couches, chaque composite multicouche avec couches individuelles orientées différemment fournit d'autres propriétés mécaniques de traction. Les propriétés mécaniques de matériaux plastiques renforcés de fibres ne sont donc obtenues que lors de la fabrication du stratifié. Le procédé de fabrication lui-même a une influence déterminante sur les grandeurs caractéristiques obtenues. L'influence du procédé de fabrication sur les propriétés mécaniques d'un stratifié fibre-plastique (FKV) est donc souvent confirmée par un essai mécanique.
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